[发明专利]压电纤维复合层及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201710767212.6 申请日: 2017-08-30
公开(公告)号: CN107507912A 公开(公告)日: 2017-12-22
发明(设计)人: 杨雄;王锋;付争兵;丁瑜;杜军 申请(专利权)人: 湖北工程学院
主分类号: H01L41/08 分类号: H01L41/08;H01L41/18;H01L41/37
代理公司: 北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙)11371 代理人: 魏彦
地址: 432000 *** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 压电 纤维 复合 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及压电功能材料技术领域,尤其是涉及一种压电纤维复合层及其制备方法。

背景技术

压电复合材料是一种基于电能与机械能之间相互耦合作用的智能复合材料,其兼具压电晶体材料的优异压电性能和聚合物基体的柔韧性等特点。压电复合材料结构种类众多,压电陶瓷纤维复合材料以压电陶瓷纤维和聚合物基体复合而成,其既保留了压电晶体材料高灵敏度和高频率响应等优点,又克服了压电晶体材料脆性大和柔韧性差的不足,且具有单向性能突出和可设计性强等特点,被广泛应用于传感、驱动、结构控制、结构健康监测和能量采集等众多领域。由美国NASA Langly研究中心提出的MFC(Macro fiber composites,宏观纤维复合层)结构压电纤维复合材料,由压电纤维复合层与叉指电极组合封装而成,纤维截面形状为矩形,借助叉指电极(Interdigital electrodes,IDEs)独特的电场分布特性,可以使复合材料以d33模式工作,有效发挥压电纤维复合材料的纵向应变性能。

目前,MFC结构压电纤维复合层多采用均匀结构,难以满足压电纤维复合层的多样化应用需求,为此研究者们提出了梯度化的压电纤维复合材料,对MFC结构中压电纤维复合层进行梯度化设计,满足压电纤维复合材料在不同领域的多样化应用需要。

目前,对MFC结构压电纤维复合层的梯度化设计主要从压电纤维着手,对复合材料中主动相压电纤维的宽度进行梯度化设计,此种设计的特点是随着压电纤维宽度的不断增加,主动相所占比例快速增长,压电纤维宽度的梯度化对MFC性能的影响越来越小,会逐渐失去梯度化的效果,同时增加了复合材料的脆性,限制了MFC的服役范围和期限。

MFC结构压电纤维复合层应用于驱动和结构控制等领域时,需要将MFC结构压电纤维复合层附着于复杂的非平面结构上,优良的柔韧性和明显的性能梯度化是MFC结构压电纤维复合层广泛使用的基础,因此,现有的压电纤维宽度梯度化的压电纤维复合材料,梯度化效果易受压电纤维宽度的影响,且增加了复合材料的脆性,限制了压电纤维复合材料的应用。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种压电纤维复合层及其制备方法,以增强梯度化效果,有效改善压电纤维复合层整体的柔韧性,满足压电纤维复合材料在更多领域的应用需要。

第一方面,本发明实施例提供了一种压电纤维复合层,包括多根聚合物纤维,多根所述聚合物纤维按照宽度递增的顺序堆叠,相邻所述聚合物纤维之间设置有压电纤维,其中,各根所述压电纤维与各根所述聚合物纤维的长度和厚度均相同。

结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式,其中,所述聚合物纤维的宽度范围为10-2000μm,所述聚合物纤维的宽度递增量的范围为10-500μm。

结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式,其中,各个所述压电纤维的宽度相同,宽度范围为50-2000μm。

第二方面,本发明实施例还提供如上述第一方面所述的压电纤维复合层的制备方法,包括:

采用切割法或流延法制备压电陶瓷或压电单晶薄层,获得多个相同长度与宽度的压电薄层;

采用模压法将热固性聚合物制备成厚度不同的聚合物薄层,其中,各个所述聚合物薄层的厚度呈梯度递增,并裁剪各个所述聚合物薄层的长度和宽度与所述压电薄层的长度和宽度一致;

将聚合物薄层自上而下,根据厚度从小到大进行堆叠,在相邻所述聚合物薄层之间插入一层所述压电薄层并对齐,其中,在所述聚合物薄层与所述压电薄层相邻的表面上均匀涂覆有一层聚合物胶液,然后进行固化,获得2-2型柔性梯度压电复合结构;

根据所述压电纤维复合层的厚度需求,将获得的所述2-2型柔性梯度压电复合结构沿堆叠方向进行切割,制备成压电纤维复合层;

其中,所述压电纤维复合层由压电纤维与聚合物纤维交替堆叠而成,且所述聚合物纤维的宽度呈梯度递增,所述聚合物纤维的宽度为相应的所述聚合物薄层的厚度。

结合第二方面,本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式,其中,所述方法还包括:

根据对所述2-2型柔性梯度压电复合结构的切割工艺的调节,确定所述压电纤维复合层的厚度。

结合第二方面,本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式,其中,所述压电纤维的宽度相同;

所述方法还包括:

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